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  本文關(guān)鍵詞：海洋石油裝備與設(shè)施——支撐起海洋石油工業(yè)的平臺(tái)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國石油大學(xué)（華東）》 2013年

海洋浮式鉆井平臺(tái)鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究

姜浩  

【摘要】：鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)是海洋浮式鉆井平臺(tái)的重要組成部分，是保障正常鉆井，并對(duì)海浪造成的升沉運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)。深海鉆井所采用的浮式鉆井平臺(tái)在波浪的作用下產(chǎn)生周期性的升沉運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鉆柱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起井底鉆壓變化，影響鉆進(jìn)效率，降低鉆頭和鉆桿壽命，在惡劣天氣下甚至導(dǎo)致無法鉆進(jìn)和被迫停工，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。 通過分析研究目前使用的鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、補(bǔ)償效果及能耗，設(shè)計(jì)了一種采用雙缸倒置的游車與大鉤間裝設(shè)的半主動(dòng)式鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于變量泵、電液比例方向閥和氣液蓄能器為主要部件，控制補(bǔ)償缸活塞運(yùn)動(dòng)的液壓升沉補(bǔ)償系統(tǒng)詳細(xì)方案，并進(jìn)行了該系統(tǒng)的機(jī)械、液壓和電控參數(shù)計(jì)算；設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括補(bǔ)償缸、上框架、下框架，鎖緊裝置等；設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的液壓方案，可滿足正常鉆進(jìn)和輕載時(shí)的補(bǔ)償需要，并可實(shí)現(xiàn)鉆壓調(diào)節(jié)；設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的電控方案，采用IPC為上位機(jī)，PLC為控制器的DCS系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的實(shí)時(shí)參數(shù)檢測(cè)和自動(dòng)控制。 建立了被動(dòng)式、主動(dòng)式和半主動(dòng)式升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和仿真模型，并利用Simulink進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明：被動(dòng)式升沉補(bǔ)償系統(tǒng)具有一定的補(bǔ)償效果，但補(bǔ)償效果比較差，并且存在滯后現(xiàn)象；主動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)，補(bǔ)償效果好，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，但要求瞬時(shí)功率較大；半主動(dòng)式補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)合了被動(dòng)式和主動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的補(bǔ)償效果和較低的能耗。 基于相似原理，設(shè)計(jì)了復(fù)合缸式鉆柱升沉補(bǔ)償試驗(yàn)臺(tái)，可進(jìn)行鉆井平臺(tái)升沉模擬、大鉤負(fù)載模擬和鉆柱補(bǔ)償控制等相關(guān)實(shí)驗(yàn)；建立了以定量泵、電液比例方向閥和不對(duì)稱液壓缸為主要部件的升沉模擬系統(tǒng)，采用死區(qū)補(bǔ)償和PID控制相結(jié)合的策略，較好地實(shí)現(xiàn)了升沉的模擬；采用液壓缸、蓄能器和電磁閥為主要部件的負(fù)載模擬系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大鉤靜載和動(dòng)載的模擬；采用變量泵、電液比例方向閥、補(bǔ)償液壓缸、蓄能器和電磁溢流卸荷閥為主要部件的補(bǔ)償系統(tǒng)，可較好地實(shí)現(xiàn)升沉補(bǔ)償?shù)目刂啤? 基于升沉補(bǔ)償系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)了被動(dòng)補(bǔ)償、主動(dòng)閥控補(bǔ)償、主動(dòng)泵控加閥控補(bǔ)償、半主動(dòng)閥控補(bǔ)償和半主動(dòng)泵控加閥控補(bǔ)償?shù)目刂品桨覆⑦M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：主動(dòng)補(bǔ)償和半主動(dòng)補(bǔ)償方案補(bǔ)償效果較好，是理想的控制方案。 進(jìn)行了不同補(bǔ)償方式的能耗分析，并對(duì)其進(jìn)行了比較。被動(dòng)補(bǔ)償不消耗能量；主動(dòng)式閥控方式要求系統(tǒng)瞬態(tài)功率較大，，能耗也是最大；主動(dòng)泵控加閥控控制了驅(qū)動(dòng)液壓泵的流量，能耗少于閥控方式；半主動(dòng)式閥控補(bǔ)償方式由于補(bǔ)償蓄能器儲(chǔ)存能量用于補(bǔ)償，其補(bǔ)償能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主動(dòng)閥控補(bǔ)償方式，比主動(dòng)泵控加閥控方式亦��；半主動(dòng)泵控加閥控控制策略要求較高，控制效果不如半主動(dòng)閥控好，能耗相對(duì)略低。 利用所建立的模擬試驗(yàn)臺(tái)、設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)和開發(fā)的控制軟件，對(duì)升沉補(bǔ)償模擬系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并與仿真結(jié)果進(jìn)行比較，表明：仿真模型和模擬試驗(yàn)結(jié)果與理論分析的結(jié)果基本一致，升沉補(bǔ)償系統(tǒng)模型及其模擬試驗(yàn)系統(tǒng)都具有較好的補(bǔ)償精度，證明了論文所設(shè)計(jì)的升沉補(bǔ)償系統(tǒng)方案的正確性，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)和選用的控制方法的有效性，開發(fā)的控制軟件穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)可滿足深海鉆井升沉補(bǔ)償要求。 通過系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)研究得知，半主動(dòng)閥控升沉補(bǔ)償系統(tǒng)具有較好補(bǔ)償效果和較低的系統(tǒng)能耗，是一種較理想的方案。 本課題完成了升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、建模仿真、實(shí)驗(yàn)分析、控制研究等內(nèi)容，產(chǎn)生了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果，對(duì)提高我國海洋技術(shù)裝備水平，加速我國海洋鉆井技術(shù)的推廣和應(yīng)用具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)（華東）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TE951
【目錄】：

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5 吳百海;鄒大鵬;冶占武;陳飛燕;肖奇軍;;深海采礦長行程升沉補(bǔ)償油缸的同步檢測(cè)與控制[A];機(jī)床與液壓學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2004年

6 王維旭;蔣衛(wèi)焱;車鐵軍;李洪波;;深水工程勘察船鉆機(jī)研制[A];2011年石油裝備學(xué)術(shù)研討會(huì)論文專輯[C];2011年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 澳思;[N];中國船舶報(bào);2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 肖體兵;深海采礦裝置智能升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2004年

2 曾智剛;波浪運(yùn)動(dòng)升沉補(bǔ)償液壓平臺(tái)關(guān)鍵問題試驗(yàn)研究[D];華南理工大學(xué);2010年

3 王海波;水下拖曳升沉補(bǔ)償液壓系統(tǒng)及其控制研究[D];浙江大學(xué);2009年

4 姜浩;海洋浮式鉆井平臺(tái)鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究[D];中國石油大學(xué)（華東）;2013年

5 李流軍;動(dòng)力吸振式深海采礦主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制研究[D];中南大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 白鹿;鉆柱液壓升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D];中國石油大學(xué);2009年

2 武光斌;復(fù)合缸式鉆井升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D];中國石油大學(xué);2010年

3 劉彥武;鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)與動(dòng)力響應(yīng)分析[D];中國石油大學(xué);2010年

4 胡小東;浮式海洋鉆井鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];中國地質(zhì)大學(xué);2013年

5 張文凱;升沉補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)臺(tái)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)節(jié)能研究[D];中國石油大學(xué);2011年

6 趙藤;深水安裝作業(yè)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

7 戴歡;復(fù)合液壓缸型升沉補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)與仿真研究[D];中南大學(xué);2013年

8 潘正春;重型拖曳升沉補(bǔ)償測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];武漢工程大學(xué);2012年

9 劉美英;半主動(dòng)式液壓絞車升沉補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];中國石油大學(xué)（華東）;2013年

10 魯純;深海采礦波浪升沉補(bǔ)償系統(tǒng)控制方法研究及建模仿真[D];武漢理工大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：海洋石油裝備與設(shè)施——支撐起海洋石油工業(yè)的平臺(tái)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：103798